咸潮影響水網(wǎng)區(qū)搶淡蓄淡應(yīng)急供水調(diào)度模型研究

中圖分類號：TV1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-9235（2025）07-0020-10

Abstract：Thereisdificultyingraspingtheopportunityofsavingfreshwaterandloweficiencyofsavingandstoringfreshwatern emergencydispatchingofsavingandstoringfreshwaterinivernetworkaeasinfluencedbysaltwateritrusionTothisend，coding to watersystemconitions，hydrodynamichracteristics，ndsaltwaterintrusionulesinivernetworkaeasinflendbyaltwater intrusion，thispaperbuildsanemergencydispatchingmodelforsavingandstoringfreshwaterbasedontherawwatersysteminthese areas.Theemergencydispatchingincludesfourparts：savingfreshwaterbythesluice，storing fresh waterbybranches，regulating saltwaterbyresevoirs，andsuppingfresh waterbypupsatios.Aditionallnempicalaalysis isarrdoutineeeof Zhongshanand Zhuhai inthePearlRiverDelta.Theresearchshows thatthewatersuplysecurityindryseasonscanbeffectively guarantediftevolumeofbrancheswithintheLeveeof Zhongshanand Zhuhai ismadefulluseof，thejointdispatchingof Majiao Sluice，Lianshiwan Suice，DenglongshanSluice，andDayongkou SuiceisconductedandfreshwaterissavedfromModaomen Waterwayintermitentlytostorefreshwaterinthebranches.Besides，whenthesalinityofModaomen Waterwayexceedsthestandard level，TielushanReservoirisemployedtodrainthefresh waterandregulatethesalinitywhichcanfurtherimprovethewaterupply security and alleviate the influence of saltwater intrusion. Keywords： saltwater intrusion; river network area; saving and storing fresh water; water supply dispatching

咸潮上溯是河口地區(qū)的自然災(zāi)害現(xiàn)象，近年來受枯季上游徑流減少、口門形態(tài)和攔門沙的消長與運移、海平面季節(jié)變化、航道整治和河道挖砂等因素影響，中國諸多河口三角洲的咸潮危害愈發(fā)嚴(yán)重。閩江河口由于梯級水庫建成運行，徑流與潮流作用對比發(fā)生改變，促使潮界呈現(xiàn)逐漸向上延伸趨勢；長江三角洲咸潮入侵除外海直接上溯外，存在北支咸潮倒灌南支的獨特現(xiàn)象，嚴(yán)重影響水源地正常運行；珠江三角洲咸潮危害尤為嚴(yán)重，自20世紀(jì)90年代以來高強(qiáng)度的人類活動打破了珠江河口脆弱的生態(tài)平衡系統(tǒng)，咸潮活動越來越頻繁、影響范圍越來越大、上溯時間越來越提前1，已成為珠江三角洲供水安全亟待解決的突出問題。

解決受咸潮影響河口地區(qū)的供水安全問題，有流域、區(qū)域和河口3個層面的對策，流域?qū)用婢褪峭ㄟ^流域水資源調(diào)配，調(diào)節(jié)枯季外江徑流量，解決河口地區(qū)取水口取不到淡水的問題；區(qū)域?qū)用婢褪莾?yōu)化區(qū)域水源地布局，將本地優(yōu)質(zhì)淡水資源合理配置到用水單元，解決河口地區(qū)用水單元水量分配的問題；河口層面就是實施原水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度，將外江優(yōu)質(zhì)淡水搶蓄到河涌（水庫）并及時供給水廠，解決河口地區(qū)搶淡-蓄淡-供淡的實時調(diào)度問題。1980年以來，珠海和澳門不斷完善原水系統(tǒng)，逐步建成了以廣昌泵站、平崗泵站和竹洲頭泵站為主力泵站，以竹銀水庫、大鏡山水庫和竹仙洞水庫為主要調(diào)蓄水庫的珠澳供水原水系統(tǒng)；2005年以來，珠江水利委員會連續(xù)組織開展珠江枯季水量統(tǒng)一調(diào)度實踐，提出并發(fā)展了通過流域骨干水庫抑制咸潮上溯的調(diào)度技術(shù)；魯軍等在分析長江口咸潮入侵規(guī)律、三峽水庫供水能力及現(xiàn)有應(yīng)對措施的基礎(chǔ)上，探討了長江上游水庫群應(yīng)對咸潮壓咸調(diào)度的可行性，并提出相應(yīng)的三峽水庫調(diào)節(jié)為主、其他水庫配合調(diào)度的原則；劉斌等3在珠江防總水量調(diào)度的基礎(chǔ)上，根據(jù)咸潮與徑流、潮汐的相應(yīng)關(guān)系，分3個流量級提出了基于平崗泵站和聯(lián)石灣水閘取淡目標(biāo)的西江、北江聯(lián)合壓咸補(bǔ)淡調(diào)度方案；葉榮輝等4針對咸潮期珠江河口水資源調(diào)度的特點，采用宏觀與微觀相結(jié)合的方法，建立了耦合咸潮預(yù)報數(shù)學(xué)模型和水資源系統(tǒng)管理模型的珠江口水資源調(diào)度模型。這些研究成果大都是從區(qū)域水源地布局、流域水資源調(diào)配等角度出發(fā)，而缺乏針對河口地區(qū)水系條件、水動力特征和咸潮活動規(guī)律立足河口自身原水系統(tǒng)開展供水調(diào)度的研究。咸潮影響水網(wǎng)區(qū)地勢平坦開闊，河網(wǎng)密度高、河涌容積大，水庫湖泊少、水閘泵站眾多，圍內(nèi)河涌與外江水力聯(lián)系密切。現(xiàn)實實踐中，在咸潮影響水網(wǎng)區(qū)常采用“搶淡蓄淡”的方式，然而，由于水閘調(diào)度受內(nèi)河涌水量水質(zhì)變化、外江徑流條件和咸潮活動等多重影響，憑經(jīng)驗開展的搶淡蓄淡應(yīng)急調(diào)度面臨著搶淡時機(jī)難以把握、搶淡蓄淡效率較低等諸多問題[5]。鑒于此，本文針對咸潮影響水網(wǎng)區(qū)的水系條件、水動力特征和咸潮活動規(guī)律，研究構(gòu)建搶淡蓄淡應(yīng)急供水調(diào)度模型，并選擇珠江三角洲中珠聯(lián)圍進(jìn)行實證研究，按照咸潮變化預(yù)測、河網(wǎng)區(qū)調(diào)度方案設(shè)定、調(diào)度方案閾值調(diào)算和調(diào)度方案擇選等步驟展開，為咸潮影響水網(wǎng)區(qū)的供水調(diào)度提供借鑒和技術(shù)支撐。

1搶淡蓄淡應(yīng)急供水調(diào)度模型

1.1 調(diào)度策略

受咸潮影響水網(wǎng)區(qū)的主要水資源問題是枯水期外江咸度超標(biāo)，導(dǎo)致取水口無法正常取水。調(diào)度需求為根據(jù)外江水質(zhì)條件，最大限度地?fù)屓⊥饨Ｕ瞎┧踩Ｕ{(diào)度策略為根據(jù)外江徑流條件和咸潮活動規(guī)律，充分利用內(nèi)河涌的有效涌容，通過水閘從外江搶取淡水，將淡水蓄積到內(nèi)河涌，以保障枯水期供水安全。調(diào)度過程包含4個環(huán)節(jié)： ① 水閘搶淡，通過水閘調(diào)度將外江淡水引入聯(lián)圍內(nèi)河涌； ② 河涌蓄淡，利用內(nèi)河涌有效涌容蓄積的淡水資源； ③ 水庫調(diào)咸，當(dāng)內(nèi)河涌淡水不足或咸度超標(biāo)時，引入水庫淡水進(jìn)行調(diào)節(jié)； ④ 泵站供淡，在滿足取水要求時利用取水泵站將內(nèi)河涌蓄積的淡水供給水廠。

1.2 模型結(jié)構(gòu)

受咸潮影響水網(wǎng)區(qū)搶淡蓄淡應(yīng)急供水調(diào)度模型，由河口-河網(wǎng)整體咸潮數(shù)學(xué)模型[、感潮河網(wǎng)區(qū)一維水動力模型與河網(wǎng)一維水質(zhì)模型模塊[]構(gòu)成。

1.2.1河口-河網(wǎng)整體咸潮數(shù)學(xué)模型

將近海河口、三角洲整體河網(wǎng)構(gòu)建一個完整的珠江河口-河網(wǎng)水流咸度模擬模型，考慮到咸潮時空變異的復(fù)雜性和外江咸度對閘泵調(diào)度規(guī)則確定的重要性，對水流和咸度的模型采用河口-河網(wǎng)整體三維咸潮數(shù)學(xué)模型，以便在中珠聯(lián)圍閘泵群聯(lián)合調(diào)度中準(zhǔn)確確定閘外咸度邊界、精細(xì)制定水閘調(diào)度方案。

1.2.2感潮河網(wǎng)區(qū)一維水動力模型

河網(wǎng)區(qū)一維水動力模型用于模擬典型河網(wǎng)區(qū)河涌各斷面處的水位、流速等水動力要素，包括閘泵調(diào)控與水庫調(diào)咸過程，其控制方程為描述河道非恒定流的一維圣維南方程組：

連續(xù)方程 動量方程：

式中： Z 為斷面平均水位； Q，A，B 分別為斷面流量、過水面積、水面寬度； q 為旁側(cè)入流，負(fù)值表示流出；R 為水力半徑； c 為謝才系數(shù)， c=R^ν6/n;n 為糙率系數(shù)； g 為重力加速度； x，t 分別為位置和時間的坐標(biāo)。

本次模型構(gòu)建中，由于內(nèi)部水工建筑物的調(diào)度致使河道水力特性突變導(dǎo)致圣維南方程組不再適用，需進(jìn)行處理以保持水流計算的連續(xù)性：水閘搶淡可根據(jù)閘門內(nèi)外水位差調(diào)節(jié)開閉；水庫調(diào)咸可概化為旁側(cè)入流；泵站供淡概化為旁側(cè)出流。

1. 2.3 河網(wǎng)一維水質(zhì)模型

河網(wǎng)一維水質(zhì)模型以水動力模型為基礎(chǔ)，計算

典型河網(wǎng)區(qū)河涌各斷面處的咸度過程，采用一維對流輸移方程：

式中： C 為斷面污染物濃度； E_x 為縱向離散系數(shù)，采用已被廣泛應(yīng)用的Fischer[8]經(jīng)驗公式計算； S_c 為與輸運物質(zhì)濃度有關(guān)的衰減項（咸度為保守性物質(zhì)，衰減項可忽略）；S為河道外部的源或匯項。

1.3 調(diào)度目標(biāo)

1.3.1 供水保障時間目標(biāo)

滿足咸度標(biāo)準(zhǔn)和泵站取水水位要求的供水持續(xù)時間最長：

T_H=max（min（T₁+T₂+...+T_n））

式中： T_H 為外江咸度超標(biāo)期間供水保障時間; T₁，T₂

…T_n 為各取水口供水保障時間。

1.3.2 供水總量目標(biāo)

供水系統(tǒng)滿足咸度標(biāo)準(zhǔn)的原水缺水量最小：

WD=min（D-W）

式中：WD為供水系統(tǒng)的原水缺水量； D 為原水需求量（按水廠滿負(fù)荷計算）；W為原水實際供給量。

1.4 調(diào)控規(guī)則

搶淡蓄淡應(yīng)急供水調(diào)度模型涉及的動態(tài)調(diào)控設(shè)施主要包括閘門、泵站以及水庫，對于各設(shè)施的調(diào)控約束設(shè)置如下。

1.4.1 閘門控制

閘門的啟閉調(diào)控，既要保證內(nèi)河涌水位處于安全限值以下，又要盡量輸引淡水進(jìn)入內(nèi)河涌。具體設(shè)置時，需根據(jù)外江咸潮變化、內(nèi)河涌控制水位要求，并結(jié)合閘門內(nèi)、外節(jié)點處水位對比情況進(jìn)行動態(tài)調(diào)控。此外，在開閉設(shè)置中，水閘僅存在全關(guān)和全開兩種狀態(tài)，且水閘某一特定啟閉狀態(tài)必須維持一定時長。

1.4. 2 泵站控制

泵站取水的調(diào)控，是根據(jù)泵站控制節(jié)點處的水位、咸度值與泵站開啟條件進(jìn)行對比判斷。僅當(dāng)節(jié)點處的水位高于取水限值，且咸度低于 250mg/L 時，方可開啟運行。

1.4.3 水庫控制

水庫流量的調(diào)控，是以其控制節(jié)點處的水位、咸度值進(jìn)行作為依據(jù)。當(dāng)節(jié)點處的水位過低，或咸度高于 250mg/L 時，即引入水庫流量進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)。

1.5 模型設(shè)置

1.5.1 邊界條件

感潮河網(wǎng)區(qū)一維水動力模塊所需邊界條件為水位或流量變化過程，河網(wǎng)一維水質(zhì)模塊所需邊界條件為咸度變化過程。具體可由兩種方法獲得：對于有實測資料的邊界位置，可直接采用相應(yīng)實測資料；對于資料缺乏的邊界，可從河口-河網(wǎng)整體咸潮數(shù)學(xué)模型的計算結(jié)果中提取。

1.5.2 參數(shù)設(shè)置

搶淡蓄淡應(yīng)急供水調(diào)度模型中的參數(shù)設(shè)置大多可根據(jù)實測資料獲得，包括河道屬性參數(shù)、閘泵參數(shù)等，僅河道糙率與擴(kuò)散性系數(shù)需進(jìn)行率定調(diào)整。

1. 6 模型求解

對于水動力模塊，模型采用Preissmann四點隱式差分格式離散圣維南方程組，并采用追趕法對方程式進(jìn)行求解，該法具有較高的穩(wěn)定性，且對原始數(shù)據(jù)的要求比較寬松，并不需很小的空間步長與時間步長[9-]。對于水質(zhì)模塊，可根據(jù)潮汐河流流向順逆不定的特點遞推出河道方程，然后利用河道方程、邊界條件、節(jié)點連接條件形成節(jié)點方程，解得節(jié)點水質(zhì)后，將其回代河道方程求得各斷面的濃度值[12]。

2 實證研究

2.1 研究區(qū)概況

中珠聯(lián)圍位于珠江三角洲中山市南部和珠海市東區(qū)西北部，涉及中山、珠海兩市7個鎮(zhèn)（街），總面積為 338.04km² 。聯(lián)圍屬珠江三角洲沖積平原，地勢自北向南傾斜，北部和東北部分別是五桂山和南鳳凰山脈，西部是磨刀門水道，南部是洪灣水道，東南部是灣仔水道；聯(lián)圍內(nèi)水系發(fā)達(dá)，河涌縱橫交錯，寬度超過 15m 的河涌共有40條，河涌容量達(dá)

2946萬 m³ ;聯(lián)圍北部有一座鐵爐山水庫，總庫容為156萬 m³ ，承擔(dān)枯水期向西灌河應(yīng)急補(bǔ)水調(diào)咸任務(wù)；聯(lián)圍內(nèi)大小水閘共20座，其中聯(lián)圍干堤有7座水閘，分別是馬角水閘、聯(lián)石灣水閘、燈籠水閘、大涌口水閘、廣昌水閘、洪灣水閘和石角咀水閘，是保障聯(lián)圍內(nèi)水資源安全的重要屏障。中珠聯(lián)圍內(nèi)兩座水廠，分別為坦洲水廠（供水能力15萬 m³/d ，承擔(dān)中山市坦洲鎮(zhèn)的供水任務(wù)）及裕洲泵站（供水能力60萬 m³/d ，承擔(dān)珠海市東部城區(qū)和澳門應(yīng)急供水的任務(wù)）。

由于中珠聯(lián)圍緊鄰磨刀門水道，各取水口距離河口近，聯(lián)圍受咸潮影響嚴(yán)重，保障枯水期供水安全需求迫切。統(tǒng)計分析2005—2015年枯水期磨刀門水道馬角水閘斷面咸潮變化特征及對供水的影響，分析表明每個枯水期咸潮平均影響 120d ，馬角水閘平均避咸關(guān)閘60d，坦洲水廠出廠水氯化物平均超標(biāo)14d，氯化物最大值達(dá) 504mg/L 。

2.2 模型概化

以中珠聯(lián)圍為實證范圍，西邊界自與磨刀門水道相連的馬角水閘以下至洪灣水閘，東邊界為東灌渠，最北端起茅灣涌人坦洲鎮(zhèn)境處，南部以石角咀水閘為界，涵蓋圍內(nèi)主要河涌40條，設(shè)置斷面共計762處，水閘工程17座，具體見圖1。

2.3 率定與驗證

中珠聯(lián)圍地形采用2010年實測資料、《中山市坦洲鎮(zhèn)水利規(guī)劃》成果以及珠海市“一河兩涌\"清淤資料，選取2013年12月3日至5日的調(diào)度工況進(jìn)行參數(shù)率定，并將參數(shù)率定結(jié)果帶入2016年5月7日至10日工況進(jìn)行驗證，驗證效果見圖2、3。

由圖2一3可以看出，各站點的模擬結(jié)果與實測值較為吻合，且時間變化基本一致，采用均方根誤差（RootMeanSquareError，簡稱RMSE）以及皮爾遜相關(guān)性系數(shù)來表征擬合程度的優(yōu)劣，其中相關(guān)性系數(shù)皆高于0.90，RMSE值均較小（表1）。總體來講，文中構(gòu)建的模型能夠較為真實地反映水體運動特征和咸度變化的基本規(guī)律。

圖1中珠聯(lián)圍搶淡蓄淡應(yīng)急供水調(diào)度模型概化

圖2水位驗證效果

圖3咸度驗證效果

Fig.3Salinityvalidationeffect

表1數(shù)值模擬效果檢測值

Tab.1Detectedvaluesofnumericalsimulationeffect

2.4 調(diào)度設(shè)置

2.4.1 調(diào)度方案

a）水閘搶淡、河涌蓄淡方案。本次以上游馬口站和三水站來水量為依據(jù)，選取 97% 來水頻率的典型枯水期（2011年10—12月）作為研究時段。針對中珠聯(lián)圍搶淡蓄淡應(yīng)急調(diào)度，一方面當(dāng)外江水體質(zhì)量較優(yōu)時，提高進(jìn)水閘門的開啟高度并降低閘門的開放水質(zhì)要求，使磨刀門優(yōu)質(zhì)水源進(jìn)入河涌內(nèi)部，以達(dá)到“搶淡”目的；另一方面增加調(diào)蓄河涌的數(shù)量與蓄水高度，提高內(nèi)涌水體排出的閘門高度限制，以達(dá)到“蓄淡”目的。根據(jù)中珠聯(lián)圍地形條件和取排水格局，在摸清中珠聯(lián)圍水動力、咸度特征和水閘對圍內(nèi)河涌影響的基礎(chǔ)上，確定搶淡蓄淡調(diào)水方向為“西北進(jìn)，東南出”，制定如下調(diào)度方案。

方案一：通過馬角水閘進(jìn)水，由永一水閘排水，僅利用西灌河進(jìn)行蓄淡。

方案二：通過馬角水閘進(jìn)水，由聯(lián)石灣尾水閘、大沾水閘、二沾水閘、三沾水閘、南沙水閘和申堂水閘等水閘排水，利用西灌河及其相連河涌進(jìn)行蓄淡。

方案三：通過馬角水閘、聯(lián)石灣水閘和聯(lián)石灣尾水閘進(jìn)水，由大沾水閘、二沾水閘、三沾水閘、南沙水閘和申堂水閘等水閘排水，利用聯(lián)圍西北片區(qū)內(nèi)各河涌進(jìn)行蓄淡。

方案四：通過馬角水閘、聯(lián)石灣水閘、燈籠水閘和大涌口水閘進(jìn)水，由大沾水閘、二沾水閘、三沾水閘、南沙水閘和申堂水閘等水閘排水，利用西片區(qū)各河涌整體進(jìn)行蓄淡。

b）水庫調(diào)咸方案。在優(yōu)選最優(yōu)調(diào)度方案基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低閘門的控制開啟要求，即增大馬角水閘、聯(lián)石灣水閘、燈籠水閘及大涌口水閘咸度控制閾值，提高進(jìn)水能力；此外在馬角水閘開放進(jìn)水的時期同時開放鐵爐山水庫進(jìn)行調(diào)咸，以確保內(nèi)河涌咸度不超標(biāo)。

c）泵站供淡方案。在各調(diào)控方案運行過程中，若聯(lián)圍內(nèi)坦洲水廠、裕洲泵站所在取水?dāng)嗝娴乃弧⑾潭葷M足限值要求，即可正常運行，否則關(guān)閉。

2.4.2 調(diào)度閾值

a）內(nèi)河涌水位控制閾值。根據(jù)聯(lián)圍內(nèi)排澇和用水需求，結(jié)合調(diào)度實際確定內(nèi)河涌水位控制閥值。各進(jìn)水閘門中，馬角水閘最高開度皆設(shè)置為0.7m ，聯(lián)石灣、燈籠及大涌口水閘設(shè)置為 0.5m ；各出水閘門中，除永一水閘最高開度設(shè)置為 0.5m ，廣昌水閘、洪灣水閘、石角咀水閘等皆設(shè)置為0.1～0.3ρ_m ，保障圍內(nèi)不會出現(xiàn)洪澇現(xiàn)象。

b）水閘咸度控制閾值。根據(jù)2.4中閘門調(diào)控規(guī)則，以坦洲水廠和裕洲泵站取水?dāng)嗝嫦潭炔怀^250mg/L 為控制目標(biāo)，經(jīng)調(diào)算后設(shè)定各調(diào)度方案下進(jìn)水閘門處的外江咸度控制閾值，見表2，各出水閘門并無咸度控制要求。

表2進(jìn)水閘門處咸度控制閾值

Tab.2Salinity control threshold at the inlet gate

單位： mg/L

2.5 調(diào)度成果分析

2.5.1調(diào)度效果總體評估

根據(jù)外江潮水咸度變化情況，選定咸淡交替變換11月份作為評估時段，根據(jù)模擬計算結(jié)果，統(tǒng)計調(diào)度期內(nèi)各方案的調(diào)度目標(biāo)函數(shù)值（表3）。可以看出各調(diào)控方案中，方案四在供水保障方面具有絕對優(yōu)勢，在模擬期間完全保障了供水需求；方案三在坦洲水廠方面的運行保障效果良好，但裕洲泵站方面略有不足；方案二則相反，在裕洲泵站方面的運行保障效果良好，考慮到坦洲水廠的重要地位，方案三的運行效果要略優(yōu)于方案二；方案一效果最差，2個水廠皆不能滿足需求。因此，中珠聯(lián)圍搶淡蓄淡應(yīng)急供水調(diào)度方案優(yōu)劣的排序為“方案四 gt; 方案三gt;方案二gt;方案一”，綜合選取方案四作為搶淡蓄淡的最優(yōu)方案。

表3各方案下調(diào)度目標(biāo)函數(shù)值

Tab.3Dispatchingobjectivefunctionvaluesundereach scheme

2.5.2 水閘搶淡分析

采用閘門累積搶淡量來分析水閘搶淡過程。以西灌河為例，繪制閘泵調(diào)控各方案下的馬角水閘累積搶淡量過程（圖4）。從圖中可以看出，隨著水閘搶淡過程的進(jìn)行，各方案累積搶淡量不斷增高，且呈現(xiàn)“兩兩相似”的現(xiàn)象：方案一、二的搶淡量過程圖變化相似，方案三、四的搶淡量過程圖變化也較為一致，且方案三、四在調(diào)度初期的搶淡量低于方案一、二，但調(diào)度后期遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出。結(jié)合外江咸度的變化過程，發(fā)現(xiàn)初期階段外江咸度較高，磨刀門水道沿岸的進(jìn)水閘門皆受到嚴(yán)重的影響，方案三、四中聯(lián)石灣水閘等位于下游受咸潮影響更為突出，并未發(fā)揮出應(yīng)有的數(shù)量優(yōu)勢，反而是位于上游的馬角水閘由于位置優(yōu)勢，在初期占據(jù)主要進(jìn)水通道地位，且方案三、四中聯(lián)石灣尾水閘的自由排水致使西灌河蓄積水量流出，導(dǎo)致初期曲線出現(xiàn)短暫“下凸”現(xiàn)象。隨著調(diào)度進(jìn)行，外江水體中的咸度逐漸降低，方案三、四中進(jìn)水閘門的數(shù)量優(yōu)勢得以發(fā)揮，增設(shè)的進(jìn)水通道大大提高了西灌河搶淡量。

圖4各調(diào)度方案下馬角水閘累積搶淡量過程 Fig.4Processofaccumulatingsaved freshwaterinMajiao Sluice under each scheme

2.5.3河涌蓄淡分析

采用河涌儲蓄水量或取水?dāng)嗝娴乃w體積變化來分析河涌蓄淡過程。為直觀反映閘泵調(diào)控各方案中，河道蓄水量對取水泵所在斷面的直接影響，本次計算取水?dāng)嗝娓浇男钏w積變化（以取水?dāng)嗝嫠谖恢霉?jié)點為中心，兩側(cè)相鄰水位計算節(jié)點之間蓄水量的一半，即為該節(jié)點附近蓄水體積變化），見圖5。可以看出，在方案四中坦洲水廠取水?dāng)嗝嫘钏w積變化居于較高水平，有利于泵站取水正常運行，方案三的效果僅次于方案四，而方案一、二最差，取水?dāng)嗝嫘钏w體積偏低，泵站取水運行受到影響。

2.5.4泵站供淡分析

采用泵站運行時間評測泵站供淡過程。在搶淡蓄淡應(yīng)急供水調(diào)度模型約束條件中，泵站正常運行需要達(dá)到既定的水位、咸度限值，以坦洲水廣為例繪制出泵站的運行過程線，見圖6。可以看出，對于坦洲水廠斷面，閘泵調(diào)控中方案三、四的運行效果較為優(yōu)異，整個模擬期間供水皆能得到保障，方案二效果次之，泵站運行出現(xiàn)間斷現(xiàn)象，方案一效果最差。

圖5各調(diào)度方案下坦洲水廠斷面蓄水體積變化

Fig.5Cross-sectionalwaterstoragevolumechangesof TanzhouWaterPlantundereachdispatchingscheme

2.5.5 水庫調(diào)咸分析

對于優(yōu)選的方案四，當(dāng)外江潮水進(jìn)入持續(xù)高咸度的12月份，單單依靠閘泵調(diào)度難以保障供水需求。為此引入鐵爐山水庫調(diào)咸，在調(diào)試水庫放水過程后，當(dāng)其持續(xù)在12月1日至12月7日之間連續(xù)放水（圖7），能夠滿足坦洲水廠與裕洲泵站的取水需求。

在閘門調(diào)度作用下，初始階段外江水體通過閘門涌入內(nèi)河涌，促使內(nèi)河涌水位迅速抬高，相應(yīng)咸度變化也呈現(xiàn)顯著的上升趨勢，但由于鐵爐山水庫的淡水調(diào)節(jié)作用，有效保證了坦洲水廠斷面的咸度達(dá)標(biāo)要求（圖8b）；之后在泵站的持續(xù)抽水作用下河涌內(nèi)的水位逐漸降低，整個過程中一直處于最低取水水位限度之上（圖8a），保障了泵站的穩(wěn)定運行。整體來講，在鐵爐山水庫調(diào)咸作用下，結(jié)合搶淡蓄淡階段優(yōu)選的方案四，解決了外江咸度持續(xù)超標(biāo)期間的供水問題，充分保障了中珠聯(lián)圍的供水安全。

圖6各調(diào)度方案下坦洲水廠運行過程

Fig.6OperationofTanzhouWaterPlantundereachdispatchingscheme

圖8鐵爐山水庫調(diào)咸下坦洲水廠斷面效果 Fig.8Cross-sectioneffectofTanzhouWaterPlant undersalinitydispatchingofTielushanReservoir

3結(jié)論

在研究近年來咸潮影響水網(wǎng)區(qū)供水調(diào)度的基礎(chǔ)上，針對河口地區(qū)水系條件、水動力特征和咸潮活動規(guī)律立足河口自身原水系統(tǒng)開展供水調(diào)度研究，構(gòu)建出搶淡蓄淡應(yīng)急供水調(diào)度模型，并以珠江三角洲中珠聯(lián)圍地區(qū)為實證對象進(jìn)行分析，主要結(jié)論如下。

a）構(gòu)建了基于水閘-河涌-水庫-泵站聯(lián)調(diào)的咸潮影響水網(wǎng)區(qū)搶淡蓄淡應(yīng)急供水調(diào)度模型系統(tǒng)，包括河口-河網(wǎng)整體咸潮數(shù)學(xué)模型、感潮河網(wǎng)區(qū)一維水動力模型與河網(wǎng)一維水質(zhì)模型等模塊，模型調(diào)度策略分水閘搶淡、河涌蓄淡、水庫調(diào)咸、泵站供淡等4個環(huán)節(jié)，并提出了調(diào)度目標(biāo)、調(diào)控規(guī)則和求解方法，為咸潮影響水網(wǎng)區(qū)的供水調(diào)度提供了借鑒和技術(shù)支撐。

b）以珠江三角洲中珠聯(lián)圍為例開展了實證分析。實證分析表明：在典型枯水年條件下，通過馬角水閘、聯(lián)石灣水閘、燈籠水閘以及大涌口水閘搶淡，西片區(qū)各河涌整體蓄淡，各進(jìn)水閘門咸度閾值分別按 300，400，600，800mg/L 控制，可以有效緩解咸潮影響；當(dāng)咸潮進(jìn)一步加劇時，將上述各水閘的咸度閾值進(jìn)一步提高到 400，450，600，800mg/L ，并通過鐵爐山水庫向西灌河補(bǔ)給淡水進(jìn)行調(diào)咸，可以進(jìn)一步保障咸潮上溯期間的供水需求。

c）本研究構(gòu)建的咸潮影響水網(wǎng)區(qū)搶淡蓄淡應(yīng)急供水調(diào)度模型，并未考慮降水、溫度、風(fēng)等影響咸潮上溯的因素，尚需進(jìn)一步完善；水閘咸度控制閥值與外江咸潮活動密切相關(guān)，本研究給出了典型枯水年條件下的水閘咸度控制閾值，實際調(diào)度中應(yīng)根據(jù)咸潮預(yù)報成果確定，并根據(jù)外江咸潮情況實時調(diào)整。

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（責(zé)任編輯：高天揚）